RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
German
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Nicholas E. Buglak1,2,3,5, Edward S. M. Bahnson1,2,3,4,5
1Department of Surgery, Division of Vascular Surgery,University of North Carolina at Chapel Hill, 2Center for Nanotechnology in Drug Delivery,University of North Carolina at Chapel Hill, 3Curriculum in Toxicology & Environmental Medicine,University of North Carolina at Chapel Hill, 4Department of Cell Biology & Physiology,University of North Carolina at Chapel Hill, 5McAllister Heart Institute,University of North Carolina at Chapel Hill
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Die Ratten-Carotis-Arterie Ballon-Verletzung imitiert das klinische Angioplastie-Verfahren zur Wiederherstellung des Blutflusses in atherosklerotischen Gefäßen. Dieses Modell induziert die arterielle Verletzungsreaktion, indem es die arterielle Wand distend und die Intimschicht von Endothelzellen denudiert, was letztlich zu einer Umgestaltung und einer intimalen hyperplastischen Reaktion führt.
Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind nach wie vor die häufigste Todesursache und Behinderung weltweit, zum Teil aufgrund von Arteriosklerose. Atherosklerotische Plaque verengt die luminale Oberfläche in den Arterien und reduziert so den ausreichenden Blutfluss zu Organen und distalen Geweben. Klinisch zielen Revaskularisationsverfahren wie Ballonangioplastie mit oder ohne Stentplatzierung darauf ab, den Blutfluss wiederherzustellen. Obwohl diese Verfahren den Blutfluss wieder herstellen, indem sie die Plaquebelastung reduzieren, beschädigen sie die Gefäßwand, die die arterielle Heilungsreaktion einleitet. Die verlängerte Heilungsreaktion verursacht arterielle Resensibilisierung oder eine erneute Verengung, was letztlich den langfristigen Erfolg dieser Revaskularisationsverfahren einschränkt. Daher sind präklinische Tiermodelle integraler Bestandteil für die Analyse der pathophysiologischen Mechanismen, die die Restenose antreiben, und bieten die Möglichkeit, neuartige therapeutische Strategien zu testen. Murine Modelle sind billiger und einfacher zu bedienen als große Tiermodelle. Ballon- oder Drahtverletzungen sind die beiden allgemein akzeptierten Verletzungsmodalitäten, die in murinen Modellen verwendet werden. Insbesondere Ballonverletzungsmodelle imitieren das klinische Angioplastieverfahren und verursachen ausreichende Schäden an der Arterie für die Entwicklung der Restenose. Hierin beschreiben wir die chirurgischen Details für die Durchführung und histologische Analyse des modifizierten, druckgesteuerten Ratten-Carotis-Arterien-Verletzungsmodells. Darüber hinaus zeigt dieses Protokoll, wie lokale periadventitelle Anwendung von Therapeutika verwendet werden kann, um neointimale Hyperplasie zu hemmen. Schließlich präsentieren wir die Lichtbogenfluoreszenzmikroskopie als neuartigen Ansatz zur Abbildung und Visualisierung der arteriellen Verletzung in drei Dimensionen.
Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) bleibt weltweit die häufigste Todesursache1. Atherosklerose ist die zugrunde liegende Ursache für die meisten CVD-bedingten Morbiditätunden. Atherosklerose ist die Ansammlung von Plaque in arterien, die in einem verengten Lumen führt, die ordnungsgemäße Blutdurchblutung zu Organen und distalen Geweben behindert2. Klinische Interventionen zur Behandlung schwerer Arteriosklerose sind Ballonangioplastie mit oder ohne Stentplatzierung. Diese Intervention beinhaltet das Vorrücken eines Ballonkatheters an die Stelle der Plaque, und das Aufblasen des Ballons, um die Plaque auf die arterielle Wand zu komprimieren, die Die Luminalfläche zu verbreitern. Dieses Verfahren schadet jedoch der Arterie und initiiert die arterielleVerletzungsreaktion 3. Eine längere Aktivierung dieser Verletzungsreaktion führt zu arterieller Resetnose oder Re-Verengung, sekundär zu neointimer Hyperplasie und Gefäßumbau. Während der Angioplastie wird die Intimschicht von Endothelzellen denudiert, was zu einer sofortigen Thrombozytenrekrutierung und lokalen Entzündungen führt. Lokale Signalisierung induziert phänotypische Veränderungen in vaskulären glatten Muskelzellen (VSMC) und adventlichen Fibroblasten. Dies führt zur Migration und Verbreitung von VSMC und Fibroblasten nach innen zum Lumen, was zu neointimer Hyperplasie4,5führt. Zirkulierende Vorläuferzellen und Immunzellen tragen ebenfalls zum Gesamtvolumen der Restenose6bei. Gegebenenfalls sind drogeneluierende Stents (DES) der aktuelle Standard zur Hemmung der Restenose7. DES hemmt jedoch eine arterielle Reendothelisierung und schafft so eine prothrombotische Umgebung, die zu einer späten In-Stent-Thrombose führen kann8. Daher sind Tiermodelle sowohl für das Verständnis der Pathophysiologie der Restenose als auch für die Entwicklung besserer therapeutischer Strategien zur Verlängerung der Wirksamkeit von Revaskularisationsverfahren von wesentlicher Bedeutung.
Mehrere große und kleine Tiermodelle9 werden für das Studium dieser Pathologie verwendet. Dazu gehören Ballon-Verletzung3,10 oder Draht-Verletzung11 der luminalen Seite einer Arterie, sowie Teilligation12 oder Manschettenplatzierung13 um die Arterie. Die Ballon- und Drahtverletzung verleugnen die Endothelschicht der Arterie und imitieren, was klinisch nach der Angioplastie geschieht. Insbesondere verwenden Ballonverletzungsmodelle ähnliche Werkzeuge wie im klinischen Umfeld (d. h. Ballonkatheter). Die Ballonverletzung wird am besten in Rattenmodellen durchgeführt, da Rattenarterien eine geeignete Größe für handelsübliche Ballonkatheter sind. Hierin beschreiben wir eine druckgesteuerte segmentale Arterienverletzung, eine etablierte, modifizierte Version der Rattenkarotisarterienballonverletzung. Dieser druckgesteuerte Ansatz imitiert das klinische Angioplastieverfahren und ermöglicht eine reproduzierbare neointimale Hyperplasiebildung zwei Wochen nach Derverletzung14,15. Darüber hinaus führt diese druckgesteuerte arterielle Verletzung zu einer vollständigen Endothelschichtwiederherstellung um 2 Wochen nach der Operation16. Dies steht direkt im Gegensatz zum ursprünglichen Ballonverletzungsmodell, das von Clowes beschrieben wird, wo die Endothelschicht nie wieder vollständig abgedeckt wird3.
Nach der Operation können Therapeutika auf die verletzte Arterie durch mehrere Ansätze angewendet oder auf sie gerichtet werden. Das hier beschriebene Verfahren verwendet die periadventitelle Anwendung eines kleinen Moleküls, das in eine Pluronic-Gellösung eingebettet ist. Insbesondere wenden wir eine Lösung von 100 'M cinnamic aldehyd in 25% Pluronic-F127 Gel auf die Arterie unmittelbar nach der Verletzung an, um die neointimale Hyperplasiebildung zu hemmen15. Pluronic-F127 ist ein ungiftiges, thermoreversibles Gel, das in der Lage ist, Medikamente lokal kontrolliert zu liefern17. In der Zwischenzeit ist die arterielle Verletzung lokal, daher ermöglicht die lokale Verwaltung das Testen eines Aktivenprinzips bei gleichzeitiger Minimierung von Off-Target-Effekten. Dennoch hängt die effektive Abgabe eines Therapeuten mit dieser Methode von der Chemie des verwendeten kleinen Moleküls oder biologischen Materials ab.
Alle hier beschriebenen Methoden wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) der University of North Carolina at Chapel Hill genehmigt.
1. Präoperative Verfahren
2. Operative Verfahren
3. Postoperative Verfahren
4. Gewebeernte und Bildgebung

Abbildung 1 zeigt alle Materialien und chirurgischen Werkzeuge, die für diese Operation verwendet werden. Die Hematoxylin-&Eosin-Färbung (H&E) von zweiwöchigen verletzten arteriellen Querschnitten ermöglicht eine klare Visualisierung der neointimalen Hyperplasie. Abbildung 2 zeigt repräsentative Bilder von H&E-befleckten arteriellen Querschnitten einer gesunden, verletzten und behandelten Arterie. Abbildung 2 zeigt auch, wie der Grad der neointimalen Hyperplasie in einer verletzten Arterie mit ImageJ, einer weit verbreiteten Bildverarbeitungssoftware, quantifiziert werden kann. Mit diesem Ansatz werden der Umfang der Neointima sowie die innere und externe elastische Lamina verfolgt, um die jeweiligen Bereiche zu quantifizieren. Die von uns beschriebene druckgesteuerte segmentale Verletzungsmethode ergibt ein Intima-Medien-Verhältnis von 0,80 mit einer Standardabweichung von 0,29 (2 verschiedene Chirurgen und n=11 Ratten). Die Behandlung mit periadventitialer Anwendung von CA in Pluronic führt zu einer Hemmung der neointimalen Hyperplasie, wie wir bereits gezeigt haben (61% Reduktion der prozentualen Okklusion)15.
Abbildung 3 zeigt eine Illustration für die Erstellung einer optimalen Arteriotomie bei der Bifurkation des ECA und der STA. Schließlich zeigt Abbildung 4, wie die Lichtbogenfluoreszenzmikroskopie verwendet werden kann, um den gesamten Verletzungsbereich entlang der Länge der Arterie zu visualisieren. CD31 Färbung zur Visualisierung der Endothelzellen, die die Intimschicht aussäen, kann an festen Arterien durchgeführt werden. Arterien können dann in 1% Agarose eingebettet und mit der iDISCO+-Methode zur Homogenisierung des Brechungsindexes der Probe20gelöscht werden. Dann können die Arterien in einem Lichtbogenfluoreszenzmikroskop abgebildet werden und die Bilder können mit einer Software zur Quantifizierung des I:M-Verhältnisses gerendert werden. Mit diesem Ansatz haben wir ein I:M-Verhältnis von 0,86 erreicht, was mit den H&E-Ergebnissen im Einvernehmen ist.
| Abschnittsnummer | Verweis |
| 10 Abschnitte | 27 |
| 8 Abschnitte | 28 |
| 6-10 Abschnitte | 29 |
| 6 Abschnitte | 30 |
| 5 Abschnitte | 31 |
| 3 Abschnitte | 32 |
Tabelle 1. Häufig verwendete Anzahl arterieller Querschnitte für die Hyperplasie-Analyse.

Abbildung 1. Chirurgische Instrumente und Werkzeuge. Im Uhrzeigersinn in der Reihenfolge beginnend in der oberen linken Ecke des Bildes: (A) Wattestäbchen; (B) Betadine-Lösung; (C) Gaze; (D) 70% Ethylalkohollösung; (E) 1cc Spritzen mit Nadel; (F) Atropin; (G) Retraktoren; gebogene Büroklammern, die hier verwendet werden; (H) Rimadyl; (I) Mikroserrefine-Klemmzange, die Zange aufzwingt; (J) Nadelhalter; (K) 4-0 Nylon Naht; (L) 4-0 Vicryl-Nähte; (M) Sterile Vorhänge; (N) Mayo-Schere; (O) Standardzange; (P) Fein gekrümmte Zangen; (Q) Mikrodissektionsschere; (R) Micro-Serrefin-Klemmen; (S) Feine Schere; (T) T-Pins; (U) Gekrümmte Hämostate; (V) Drei 7-0 Prolene Nähte auf ca. 1 Zoll geschnitten; (W) 100 l mit 25% pluronischem-127 Gel; (X) Schmieraugensalbe; (Y) 2 Französische Ballonembolektomie Katheter in steriler Salinelösung; (Z) Insufflator. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2. Hematoxylin & Eosin (H&E) Färbung und Analyse von Ratten-Carotis-Arterienquerschnitten. (A) Querschnitt der gesunden, unverletzten rechts Karotisarterie. IEL = Interne elastische Lamina, EEL = Externe elastische Lamina. (B) Querschnitt von zwei Wochen verletzten linken Halsschlag arterie behandelt mit Pluronic-F127 Fahrzeug. (C) Querschnitt von zweiwöchigen verletzten linken Karotisarterien, die mit 100 m cinnamischem Aldehyd behandelt wurden. Skala bar = 100 m. (D) Schnittschema der gefrorenen Arterien zur Quantifizierung von Verletzungen. Folie 1 beginnt an der Bifurkation und sechs arterielle Abschnitte mit einer Breite von 5 m werden pro Rutsche aufgenommen. Das Schnitten fährt in der Regel weiterhin 70, da die Verletzung normalerweise vor diesem Dia auftritt. (E) Querschnitt der verletzten linken Halsschlagader mit Pluronischem Fahrzeug behandelt (B). Die innerste schwarze Linie zeichnet die Neointima nach und umgrenzt den Luminalbereich. Die mittlere gelbe Linie umgibt den Bereich der inneren elastischen Lamina oder Tunika intima. Die äußere blaue Linie umgibt den Bereich der äußeren elastischen Lamina, oder Tunika adventitia. Maßstabsbalken = 100 m (F) Berechnungen zur Messung der prozentualen Gefäßokklusion und des Intima:Media-Verhältnisses (I:M) basierend auf Messungen aus (E). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3. Arteriotomie Schöpfung. Abbildung der Schritte, um eine richtige Arteriotomie zu schaffen, und Vermeidung eines falschen Trakts. CCA = Gemeinsame Halsschlagader, ECA = Externe Halsschlagader, ICA = Innere Halsschlagader, OA = Okzipitale Arterie, STA = Überlegene Schilddrüsenarterie. Isolieren Sie die Bifurkation zwischen den Zweigen ECA und STA. Sezieren Sie diese Bifurkation, bis sich der Bereich in eine hellere Farbe ändert, was auf eine Ausdünnung der arteriellen Wand hinweist, und erstellen Sie dann eine Arteriotomie mit einer Mikrodissektionsschere. Heben Sie die Arteriotomie mit feinen Zangen, um das Einsetzen von Ballons zu unterstützen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4. Lichtbogenfluoreszenzmikroskopie zur Visualisierung von arteriellen Verletzungen. Längsquerschnitte entlang der Länge der gemeinsamen Halsschlagader einer 14 Wochen alten Sprague Dawley Ratte mit einem repräsentativen Querschnitt darunter. Arterien sind mit CD31 gefärbt und mit AF647 kontragefärbt. (A) Querschnitte gesunder, unverletzter rechtskarotisierter Arterie. Weiß = CD31, Grün = Elastische Lamina, L = Lumen, Skalenstange = 200-500 m. (B) Querschnitte verletzter, linker Halsschlagader, behandelt mit Pluronic-F127 Fahrzeug. Pfeilspitzen zeigen Regionen der neointimalen Hyperplasie an. (C) Intima zu Media (I:M) Verhältnis von unverletzter und verletzter Halsschlagader, mit genauem Wert für jede Gruppe (n=1). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die Autoren erklären, dass es keine Interessenkonflikte in Bezug auf die Veröffentlichung dieses Manuskripts gibt.
Die Ratten-Carotis-Arterie Ballon-Verletzung imitiert das klinische Angioplastie-Verfahren zur Wiederherstellung des Blutflusses in atherosklerotischen Gefäßen. Dieses Modell induziert die arterielle Verletzungsreaktion, indem es die arterielle Wand distend und die Intimschicht von Endothelzellen denudiert, was letztlich zu einer Umgestaltung und einer intimalen hyperplastischen Reaktion führt.
N.E.B. wurde durch ein Ausbildungsstipendium des National Institute of Environmental Health Sciences (5T32ES007126-35, 2018) und ein Vordoktorandenstipendium der American Heart Association (20PRE35120321) unterstützt. E.S.M.B. war ein KL2-Stipendiat, der teilweise vom UNC Clinical and Translational Science Award-K12 Scholars Program (KL2TR002490, 2018) und dem National Heart, Lung and Blood Institute (K01HL145354) unterstützt wurde. Die Autoren danken Dr. Pablo Ariel vom UNC Microscopy Services Laboratory für die Unterstützung bei LSFM. Die Lichtbogenfluoreszenzmikroskopie wurde im Mikroskopie-Service-Labor durchgeführt. Das Mikroskopie-Services-Labor, Abteilung für Pathologie und Labormedizin, wird zum Teil durch P30 CA016086 Cancer Center Core Support Grant für das UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center unterstützt.
| 1 mL Spritze | Fisher | 14955450 | |
| 1 mL Spritze mit Nadel | BD | 309626 | |
| 2 French Fogarty Balloon Embolectomy Katheter | Edwards LifeSciences | 120602F | |
| 4-0 Ethilon (Nylon) Naht | Ethicon Inc | 662H | |
| 4-0 Vicryl Naht | Ethicon Inc | J214H | |
| 7-0 Prolene Naht | Ethicon Inc | 8800H | |
| 70% Ethylalkohol | |||
| Anti-Kaninchen Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific | A21245 | |
| Atropinsulfat | Vedco Inc | für veterinärmedizinische Zwecke | |
| Wattestäbchen | Puritan | 806-WC | |
| Gebogene Hämostaten | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Feine gebogene Pinzette | Fine Science Tools | 11203-25 | |
| Feine Schere | Fine Science Tools | 14090-11 | |
| Gaze | Covidien | 2252 | |
| IHC-Tek Verdünnungsmittel (pH 7,4) | IHC World | IW-1000 | |
| Insufflator | Merit Medical | IN4130 | |
| Jodlösung | |||
| Gleitende Augensalbe | Dechra | für veterinärmedizinische Zwecke | |
| Mayo Schere | Fine Science Tools | 14010-15 | |
| Micro Serrefines | Fine Science Tools | 18055-05 | |
| Mikrodissektionsschere | Fine Science Tools | 15004-08 | |
| Micro-Serrefine Klemme zum Anwenden | von Pinzetten Fine Science Tools | 18057-14 | |
| Nadelhalter | Fine Science Tools | 12003-15 | |
| Pluronic-127 (in sterilem Wasser verdünnt) | Sigma-Aldrich | P2443 | 25% vorbereitet |
| Kaninchen Anti-CD31 | Abcam | ab28364 | |
| Retraktor | Gebogene Büroklammern funktionieren gut | ||
| Rimadyl (Carprofen) | Zoetis Inc | für veterinärmedizinische Zwecke | |
| Kochsalzlösung | |||
| Standard-Pinzette | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| Steriles Abdecktuch | Dynarex | 4410 | |
| T-Pins |